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2.1 群落的結構(課件1份+表格版教案1份)

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  1. 二一教育資源

2.1 群落的結構(課件1份+表格版教案1份)

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(共60張PPT)
第2章 第1節
人教版 選擇性必修2
稻田中生活著多種底棲動物。在稻田中飼養中華絨螯蟹(俗稱“河蟹”),由于河蟹喜食底棲動物和雜草,底棲動物和雜草都會減少。同時,河蟹的爬行能起到松動田泥的作用,因而有利于水稻的生長。
問題探討
討論
1.河蟹與底棲動物(如螺類)的關系是怎樣的
稻田中的河蟹
捕食關系、種間競爭
稻田中生活著多種底棲動物。在稻田中飼養中華絨螯蟹(俗稱“河蟹”),由于河蟹喜食底棲動物和雜草,底棲動物和雜草都會減少。同時,河蟹的爬行能起到松動田泥的作用,因而有利于水稻的生長。
問題探討
討論
2.提高河蟹的種群密度,稻田中其他動物種群會發生怎樣的變化
稻田中的河蟹
河蟹會吃掉更多的底棲動物和雜草,導致底棲動物等的數量減少;河蟹的爬行活動對田泥有松動作用,可以改善田泥的土壤肥力而有利于水稻的生長,可能會引起以水稻為食物的其他動物的數量增加。
一、群落
1.概念
相同時間聚集在     中     種群的   。
一定地域
各種生物
集合
1.下列描述屬于群落的是( )
A.一個池塘中的全部魚類
B.一片森林中的各種生物以及陽光和土壤等
C.一片草地上的全部動植物
D.菜市場的各種動物和蔬菜等全部生物
E.一座山上的各種植物、動物、真菌等全部生物
隨堂練習
In-class practice
E
各種生物:包括全部的生物,即所有的植物、動物、微生物。
集合:不是各種生物種群的簡單聚集,而是依靠復雜的種間關系使各種生物在長期自然選擇與進化中形成了穩定的彼此適應的有機整體。
一、群落
2.科學方法
種群密度
直接影響
間接影響
最基本
特征
“S”形增長
遷出率
出生率
死亡率
種群的數量特征
及其變化規律
其他特征
年齡
結構
性別
比例
數量
特征
數量
變化
遷入率
“J”形增長
波動
下降
生物因素
非生物因素
影響因素
視角決定問題——以群落和種群研究為例
研究群落的核心問題
種群的相互關系及其發展
群落的范圍和邊界如何?
群落中有多少種群?哪些種群占優勢?
群落中各個種群分別占據什么位置?
群落中各個種群之間的相互關系是怎樣的?
群落具有怎樣的時空結構?
群落的演替情況是怎樣的?
邊緣效應
豐富度
優勢種
生態位
種間關系
空間結構
群落演替
不同的視角研究,問題也是不同的!
視角決定問題——以群落和種群研究為例
2.科學方法
二、物種組成
▲ 新疆北部的針葉林
▲ 福建武夷山的常綠闊葉林
下圖所示的兩個森林群落,請從物種組成上說出二者的主要差別
區別不同群落的重要特征,決定群落性質最重要的因素。
二、物種組成
1.豐富度
一個群落中的     ,稱為豐富度。
物種數目
我國從北方到南方群落的變化
北極凍原
溫帶落葉闊葉林
亞寒帶常綠針葉林
亞熱帶常綠闊葉林
熱帶雨林
注意:越靠近熱帶地區,單位面積內的物種越_______。
豐富
2.優勢種
二、物種組成
在群落中,有些物種不僅數量很多,它們對群落中其他物種的影響也很大,往往占據優勢。
森林群落中的楓樹
3.常見種:
芒箕
群落中比較常見,但對其他物種的影響不大
某草原上有羊草、羽茅、糙隱子草、麻花頭等,為了研究放牧強度與草原植物多樣性的關系,研究將草原劃分為不同區域進行研究,兩年后的結果如表所示:
放牧強度 物種豐富度相對值 優勢種
無放牧區 14.11 羊草
輕度放牧區 16.50 羊草、糙隱子草
中度放牧區 15.63 糙隱子草
重度放牧區 13.90 堿蓬
1.分析資料,一個群落的優勢種和物種豐富度是固定不變的嗎?
『思考 討論』
不是,隨著時間和環境的變化,原來不占優勢的物種可能逐漸變得有優勢,原來占優勢的物種也可能逐漸失去優勢。
某草原上有羊草、羽茅、糙隱子草、麻花頭等,為了研究放牧強度與草原植物多樣性的關系,研究將草原劃分為不同區域進行研究,兩年后的結果如表所示:
放牧強度 物種豐富度相對值 優勢種
無放牧區 14.11 羊草
輕度放牧區 16.50 羊草、糙隱子草
中度放牧區 15.63 糙隱子草
重度放牧區 13.90 堿蓬
2.哪種強度的放牧更有利于增加草原的物種豐富度?為什么?
『思考 討論』
輕度放牧強度下,物種豐富度最高。適度放牧可避免一種或少數幾種牧草在草原生態系統中占絕對優勢的局面,為其他物種的成長騰出空間。
某草原上有羊草、羽茅、糙隱子草、麻花頭等,為了研究放牧強度與草原植物多樣性的關系,研究將草原劃分為不同區域進行研究,兩年后的結果如表所示:
放牧強度 物種豐富度相對值 優勢種
無放牧區 14.11 羊草
輕度放牧區 16.50 羊草、糙隱子草
中度放牧區 15.63 糙隱子草
重度放牧區 13.90 堿蓬
3.這給畜牧業生產有什么啟示?
『思考 討論』
控制放牧強度對于維持草原群落穩定、實現可持續發展非常重要。
一個群落中的物種不論多少,都不是隨機的簡單集合,
而是通過復雜的種間關系,形成一個有機的整體。

種間關系
還記得它們之間的關系嗎?
種間競爭
捕食

種間關系
三、種間關系
1.原始合作(互惠)
稻田為河蟹提供遮蔽活動空間和豐富的天然餌料,河蟹為稻田中耕松土、除蟲、除草,且它們在田間的活動能促進水稻充分吸收養料。
兩種生物共同生活在一起,雙方都 ,但分開后各自 。
受益
也能獨立生活
三、種間關系
2.互利共生
兩種生物長期共同生活在一起,相互依存,彼此有利。
豆科植物與根瘤菌之間:豆科植物可以向根瘤菌提供有機養料,根瘤菌則將空氣中的氮氣轉變為含氮的養料,供植物利用。
豆科植物
根瘤菌
提供有機養料
提供含氮有機物
三、種間關系
2.互利共生
兩種生物長期共同生活在一起,相互依存,彼此有利。
地衣是真菌和藻類的共生體,通常也是發生在裸地上的演替最早出現的先鋒生物;同時地衣對環境污染特別敏感,可以作為環境污染指示劑。
真菌
藻類
提供水、CO2、無機鹽
通過光合作用提供有機養料
海葵和寄居蟹
豆科植物和根瘤菌
原始合作 互利共生
不同點
相同點 共同生活在一起時,雙方都收益
各自能獨立生活
一般不能獨立生存
3.捕食
一種生物以另一種生物為食的現象。
螳螂:母吃公是捕食關系嗎?
烏魚吃掉部分子代,保證優勢存活
3.捕食
一種生物以另一種生物為食的現象。
四、種間關系
4.寄生
一種生物從另一種生物(宿主)的________、_______或________________中___________并通常對宿主_________的現象。
體液
組織
已消化的物質
獲取營養
產生危害
寄主受害,寄生者受益,分開對寄生者不利。
①概念
②特點
菟絲子與豆科植物
噬菌體與細菌
蛔蟲與人體
蚊子與人體
③類型
體內寄生
1
體表寄生
2
5.種間競爭
兩種或更多種生物共同利用同樣的有限資源和空間而產生的相互排斥的現象。
競爭能力相當
競爭能力弱的出現死亡
大草履蟲
帶狀草履蟲
雙小核草履蟲
競爭能力相當型
競爭能力懸殊
若用箭頭、圓圈(直徑越大表示數目和能量越多)和字母表示不同物種之間的營養關系(即物種之間的物質和能量流動)。則原始合作,互利共生關系中的營養關系可以如何表示?
種間競爭
(體表)寄生
捕食
(體內)寄生
互利共生
原始合作
時間
個體數
生物A
生物B
時間
個體數
生物A
生物B
個體數
生物A
生物B
時間
時間
個體數
生物A
生物B
個體數
生物A
生物B
時間
種間競爭
(你死我活型)
種間競爭(此消彼長型)
捕食
互利共生或原始合作
寄生
食性比較相似,種間競爭導致兩個種群的分布范圍縮小,甚至錯開。
資料1: 紅尾鴝和鹟都捕食飛蟲,也常常從樹葉及樹冠末梢上啄食昆蟲。在兩種鳥共同生活的地區,紅尾鴝喜歡在疏林和緩坡處活動,而鹟更喜歡選擇密林和陡坡。如果只有一種鳥存在,那么無論是紅尾鴝還是鹟,它們覓食生境的范圍都比共存時更大。
討論1:紅尾鴝和鹟的種間競爭對兩個種群的分布有什么影響?
思考 討論:分析種間關系對群落的影響

藍額紅尾鴝
資料2:某地海邊潮間帶分布著海星、藤壺、貽貝、帽貝、石鱉等動物,海星可以捕食該群落中的其他四種動物,其他四種動物之間無捕食關系。在一個16m2的實驗樣地中,人為去除該樣地中的所有海星,幾個月后,藤壺在該樣地中占據優勢,數量最多;再經過一段時間,貽貝成為最終占優勢的物種。
討論2:資料2說明捕食、種間競爭在群落中是怎樣相互聯系的?
捕食會影響自然群落中不同物種之間種間競爭的強弱,進而調節物種的種群密度
思考 討論:分析種間關系對群落的影響
思考 討論:分析種間關系對群落的影響
討論3:除了種間關系,還有哪些影響群落的因素呢?
影響群落的因素
自然因素
人為因素
生物因素:種間關系、種內競爭
非生物因素:光照、溫度、水、無機鹽等
4.甲、乙、丙是食性相同、不同種的蝌蚪,三者之間無捕食關系。某研究小組在4個條件相同的人工池塘中各放入1200只蝌蚪(甲、乙、丙各400只)和數量不等的同種捕食者,一段時間后,各池塘中3種蝌蚪的存活率如下表所示。下列推測不合理的是( )
隨堂練習
In-class practice
池塘編號 捕食者數量/只 蝌蚪存活率/% 甲 乙 丙
1 0 87 7 40
2 2 58 30 25
3 4 42 32 11
4 8 32 37 10
A.捕食者主要捕食甲和丙
B.蝌蚪的種間競爭結果可能受捕食者影響
C.無捕食者時蝌蚪的種間競爭可能導致乙消失
D.隨著捕食者數量增加,乙可獲得的資源減少
D
四、群落的空間結構
群落的空間結構包括垂直結構和水平結構等。
1.垂直結構
“不同物種”在垂直方向上呈現“分層現象”。
植物形成垂直分層的原因:
地上部分:光照(主)、溫度等;
地下部分:水分、無機鹽等
意義:
提高了群落對各種環境資源(尤其是光)的利用率。
四、群落的空間結構
1.垂直結構
“不同物種”在垂直方向上呈現“分層現象”。
動物形成垂直分層的原因:
棲息空間和食物條件
【思考】1.竹林中竹子高低錯落有致,是群落在垂直結構上的分層現象嗎
一片竹林中的全部竹子是一個種群,體現的是同種生物高度的不一致。種群不具有垂直結構。
不是。
2.如圖a、b、c分別代表的是-200~3800m的海拔高度內,山坡a、森林b、海洋c三個不同的自然區域內植物的分布狀況。據此判斷下列選項正確的是( )
A.在-200~3800范圍內,不同區域內植物的種類出現了很大的差異,溫度是影響分布的生態因素
B.a處不同高度的山坡上分布著不同的植物類群,這說明群落具有垂直結構
C.b、c兩處的植物在垂直方向上都具有明顯的分層現象,這說明群落具有垂直結構
D.影響b處植物出現明顯分層現象的主要因素是水分
C
2.水平結構
水平方向上呈鑲嵌分布
導致鑲嵌分布的原因:地形的變化、土壤濕度和鹽堿度、光照強度的不同、生物自身生長特點的不同、人和動物的影響等因素。
蘆葦等水生植物只能長在淺水或水邊,紅樹、柳樹等只能長在水源附近,松、杉、柏樹等能長在比較干旱處;由以上描述體現出的影響水平結構的因素為_________。
森林中,在喬木的基部和其他被樹冠遮住的地方,光線較暗,適于苔蘚植物生存,而樹冠下的間隙或其他光照較充足的地方,則有較多的灌木和草叢,由以上描述體現出的影響水平結構的因素為_________。
土壤濕度
光照強度




由于陽光、溫度和水分等隨季節而變化,群落的外貌結構也會隨之發生有規律的變化。
有些植物在早春來臨時開始萌發,并迅速開花和結實,到了夏季其生活周期結束;
覆盆子
櫻桃


另一些種類的植物則在夏季達到生命活動的高峰,從而導致群落在春季和夏季的物種組成和空間結構發生改變。
桑葚
西瓜
獼猴桃
芒果
大多數典型的草原鳥類和高鼻羚羊等有蹄類動物,在冬季都向南方遷移,到雪被較少、食物充足的地區生活。
旱獺、倉鼠等嚙齒類動物在冬季會冬眠
有些動物如非洲肺魚、箭豬等動物則在炎熱的夏季進入夏眠。
遷徙
旱獺冬眠
非洲肺魚夏眠
一個物種在群落中的地位或作用,包括該物種所處的空間位置,占用資源的情況,以及與其他物種的關系等。
生態位
研究動物的生態位:該動物的棲息地、食物、天敵、與其他物種的關系等。
研究植物的生態位:該植物在研究區域內的出現頻率、種群密度、植株高度等特征、與其他物種的關系等。
物種 觀察數量 覓食生境出現率/% 鳥胃中主要的食物種類/% 生境1 生境2 生境3 小堅果 莖類 草屑 螺類 貝殼 沙礫 甲殼類 其他
綠翅鴨 2120 67 0 33 52.8 16.7 0 12.0 13.0 0 5.5
綠頭鴨 1513 98 1 1 78.3 0.8 0 7.1 5.6 1.1 7.1
鶴鷸 1678 64 0 36 0 0 50.0 25.0 25.0 0 0
青腳鷸 1517 29 28 43 0 0 33.3 33.3 0 33.3 0.1
思考·討論
分析當地自然群落中某種生物的生態位
生境1-為低潮鹽沼一光灘帶,寬度為2000m左右;
生境2-為海三棱藨(biao)草帶,寬度為400m左右;
生境3-為海堤內魚塘一蘆葦區,蘆葦在植物群落中占優勢。
資料:崇明東灘鳥類國家級自然保護區位于長江入海口,是重要的水鳥越冬區,每年有數萬只水鳥于10月至次年2月在崇明東灘越冬。某研究團隊以4種占優勢的水鳥為研究對象,調查了它們的種群數量、在不同覓食生境出現的概率、主要的食物種類等,結果如下表所示。
鶴鷸
綠頭鴨
綠翅鴨
物種 觀察數量 覓食生境出現率/% 鳥胃中主要的食物種類/% 生境1 生境2 生境3 小堅果 莖類 草屑 螺類 貝殼 沙礫 甲殼類 其他
綠翅鴨 2120 67 0 33 52.8 16.7 0 12.0 13.0 0 5.5
綠頭鴨 1513 98 1 1 78.3 0.8 0 7.1 5.6 1.1 7.1
鶴鷸 1678 64 0 36 0 0 50.0 25.0 25.0 0 0
青腳鷸 1517 29 28 43 0 0 33.3 33.3 0 33.3 0.1
思考·討論
分析當地自然群落中某種生物的生態位
1. 這4種鳥選擇覓食生境的策略有哪些異同?哪一種鳥覓食生境的范圍更寬?
①綠翅鴨和鶴鷸選擇覓食生境的策略基本相同,兩者均選擇生境1和生境3,并以生境1為主,②綠頭鴨主要選擇生境1;
青腳鷸的覓食生境范圍更寬。
③青腳鷸在3個生境中都出現,在生境3出現的概率高于前兩處。
綠翅鴨和鶴鷸選擇的覓食生境基本相同,但是食物種類有較大差異,占用的資源以及與其他物種的關系也不一樣。
2.如果兩種鳥的覓食生境一樣,生態位就完全一樣嗎?
不一定。
物種 觀察數量 覓食生境出現率/% 鳥胃中主要的食物種類/% 生境1 生境2 生境3 小堅果 莖類 草屑 螺類 貝殼 沙礫 甲殼類 其他
綠翅鴨 2120 67 0 33 52.8 16.7 0 12.0 13.0 0 5.5
綠頭鴨 1513 98 1 1 78.3 0.8 0 7.1 5.6 1.1 7.1
鶴鷸 1678 64 0 36 0 0 50.0 25.0 25.0 0 0
青腳鷸 1517 29 28 43 0 0 33.3 33.3 0 33.3 0.1
以綠翅鴨為例,綠翅鴨以小堅果為主要食物,還吃莖類、螺類、貝類等,
綠頭鴨也是,二者存在明顯的種間競爭關系;
3.任選一種鳥,分析它的食性。從覓食的角度,與它有競爭關系的鳥類有哪些?
綠翅鴨與鶴鷸、青腳鷸也有種間競爭關系,因為它們都捕食螺類,綠翅鴨與鶴鷸都吃貝類。
思考·討論
分析當地自然群落中某種生物的生態位
4.任選一種鳥,從覓食生境、種間關系等多個方面綜合描述這種鳥類的生態位。
青腳鷸
覓食生境:低潮鹽沼—光灘帶、海三棱藨草帶、海堤內魚塘—蘆葦區
食物:草屑、螺類、甲殼類
種間關系:與鶴鷸存在明顯的種間競爭、與綠翅鴨、綠頭鴨存在種間競爭
群落中每種生物都占據著相對穩定的生態位,這有利于不同生物充分利用環境資源,是群落中物種之間及生物與環境間協同進化的結果。(P28)
(二)生態位
3.與社會的聯系
可以合理地設計人工生態系統,利用不同生物之間生態位的差異,充分利用環境資源,從而獲得更大的價值。
①魚類的混合培養(P28)
上層水:鰱魚(浮游植物)
四大家魚的混養利用的是它們在池塘中占據著不同的生態位。
中上層:鳙魚(浮游動物和浮游植物)
中下層:草魚(水草)
中下層:青魚(水底的螺、蚌以及水生昆蟲)
思維訓練
溯因推理
某湖泊中生活著鱸魚和短吻鱷,短吻鱷會捕食鱸魚,而鱸魚又是人們喜愛的美味。當地居民為了提高鱸魚的產量而大量捕殺短吻鱷。在短吻鱷被捕殺幾乎絕跡之后,鱸魚的產量卻沒有增加。調查表明湖中鱸魚的種群數量竟然比原來還下降了。追溯原因,有人提出了以下可能:
A.氣候變化造成鱸魚的食物短缺;
B.短吻鱷捕食的另一種魚以鱸魚為食;
C.捕殺短吻鱷前鱸魚的種群已經衰退;
D.人類主要捕撈鱸魚幼齡魚造成種群衰退。
以上四種解釋都有道理嗎?你認為哪種是最可能的原因?作出推測后,
應該怎樣進一步判別?
五、研究土壤中小動物類群的豐富度
蜈蚣
鼠婦
馬陸
蚯蚓
許多土壤動物有較強的活動能力,而且身體微小。因此不適于用樣方法和標記重捕法調查。
大部分土壤小動物營腐生生活,對動植物遺體的分解起著重要的輔助作用。并且具趨濕、避光、避高溫的習性。
1.土壤小動物的種類及功能
2.調查方法
五、研究土壤中小動物類群的豐富度
(取樣器取樣法)
即用捕捉器(采集罐、吸蟲器)進行取樣,通過調查樣本中小動物種類和數量來推測某一區域內土壤動物的豐富度。
3.實驗步驟
五、研究土壤中小動物類群的豐富度
準備
采集小動物
取樣
制備取樣器
記錄調查地點情況
誘蟲器采集法
簡易采集法
戶外
取樣器取樣
【采集方法】
五、研究土壤中小動物類群的豐富度
誘蟲器采集法
利用土壤小動物避光(趨暗)、避高溫和趨濕的特點。
將土壤動物殺死固定,防止腐爛。
酒精
土壤
為了使空氣流通,土壤與花盆壁之間要留一定的空隙。
思考1.如果需保證小動物生活狀態應將酒精換成什么?
濕棉花
【采集方法】
五、研究土壤中小動物類群的豐富度
簡易采集法
將取到的土壤樣品放在瓷盆內(要注意防止小動物逃走),用解剖針撥找小動物,同時用放大鏡觀察,發現體型較大的小動物,可用包著紗布的鑷子取出來,體型較小的則可以用吸蟲器采集。
紗布
防止將土壤小動物吸走,將其收集在試管中。
3.實驗步驟
五、研究土壤中小動物類群的豐富度
準備
采集小動物
取樣
觀察分類
統計分析
制備取樣器
記錄調查地點情況
誘蟲器采集法
簡易采集法
記名計算法
目測估計法
戶外
實驗室
放大鏡
體視顯微鏡
取樣器取樣
五、研究土壤中小動物類群的豐富度
【統計方法】
在一定面積的樣地中,直接數出各種群的個體數目,這一般用于個體較大,種群數量有限的群落。
按預先確定的多度等級來估計單位面積上個體數量的多少。等級的劃分和表示:“非常多、多、較多、較少、少、很少”等等。
記名計算法
目測計算法
立體農業P32(重點)
1、原理:充分利用群落的空間結構和季節性;
2、實例:
(1)板栗——茶樹結構
(2)稻-魚-蛙結構
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課題名稱 2.1 群落的結構(2課時) 課堂類型: 新課 □復習課 □習題課 □實驗課 □試卷講評課 □其他:
學習者 分析 本節課的授課對象為次重班高二(6)班的學生,學生在前面已經學習了種群層面的的知識點,本節內容是進入群落層面的第一節,也是引導學生從種群向更高層次過度的一節內容,因此教師要著重引導學生分析不同問題的視角,培養思維能力。關于群落的結構知識點較多,結合圖片和學生的生活經驗可更好地達到教學效果。
教學目標 說出群落水平研究的問題,認同探究視角的重要性,嘗試從不同視角提出新問題; 分析群落內的物種組成、種間關系和空間結構等,說明群落是物種通過復雜的種間關系形成的有機整體; 通過分析當地自然群落中某種生物的生態位,說出生態位的概念及生態位分化的意義; 嘗試運用取樣調查的方法研究土壤中小動物類群的豐富度。
教學重點 群落的物種組成和種間關系; 群落的空間結構。 落實教學重點的方法: 板書、圖片和生活經驗激發學生學習興趣
教學難點 群落的結構特征和生態位; 實施土壤中小動物類群的豐富度的研究活動。 突破教學難點的方法: 板書、具體數據分析、播放視頻
教學資源 選擇 教師用書、教材、題單、天天練 技術手段的使用: 電子白板、板書、多媒體
課時: 2
核心問題 不同群落在物種組成上有哪些差別?群落為什么能形成有機整體? 群落的空間結構是怎樣的? 生態位分化對于群落和物種有什么意義?
教學過程設計
問題情境 教學活動設計 (學習活動設計) 設計意圖
回顧舊知,導入新課 通過前面的學習我們學習了種群及其動態變化,主要從種群的數量特征這一角度進行剖析種群,但是生活在同一區域的不可能只有一個種群,不同種群之間也不會是孤立的,而是間接或直接地聯系著,共同構成比種群更高的系統,即群落。 我們以問題探討中的例子進行分析,稻田中生活著多種底棲動物,比如大臍圓扁螺、中國圓田螺、蘇氏尾鰓蚓、羽瑤蚊的幼蟲等。在稻田中飼養中華絨螯蟹,也就是我們常說的河蟹,由于河蟹喜食底棲動物和雜草,底棲動物和雜草的數量都會減少,同時,河蟹的爬行能松動田泥的作用,因而有利于水稻的生長。在這個實例中: Q1:河蟹與底棲動物的關系是怎樣的?——捕食,也有種間競爭(雜草) Q2:提高河蟹的種群密度,稻田中其他動物種群會發生怎樣的變化?——底棲動物減少,以水稻為食的其他動物增加。 如果我們把稻田中的全部生物作為一個生命系統來研究,那么這個稻田中的每個種群都屬于系統的組分。我們把這樣的整體稱為群落: 群落指的是:在相同時間聚集在一定地域中各種生物種群的集合,稱為生物群落,簡稱群落。 回顧舊知,將前面所學知識點與本章內容進行聯系。 思考并回答問題探討部分的問題,引導學生主動思考不同種群之間的相互聯系和作用。
問題情境 教學活動設計 (學習活動設計) 設計意圖
群落水平上研究的問題與種群水平上研究的問題有什么不同? 前面我們學習種群的時候,研究重點在于種群的數量動態,包括種群的數量特征,如種群密度、出生率死亡率、遷入率遷出率、年齡結構和性別比例等,還學習了種群數量的變化以及影響種群數量變化的因素。在群落水平上我們可以研究些什么呢? Q1:怎么樣才算一個群落呢?群落的邊界和范圍是什么? Q2:這個群落是由該區域所有種群構成的,那有多少種群呢?這些種群中肯定有生活得最好的,也就是哪些種群占優勢呢? Q3:既然一個群落中的種群有的占優勢有的占劣勢,那就說明每個種群在群落里占據的位置是不一樣的? Q4:比如剛剛稻田中,河蟹和底棲動物就屬于不同的種群,但是它們之間是有相互作用的,因此我們還可以研究群落中各個種群之間的相互關系是怎樣的? Q5:在這個群落中,各個種群分布的位置不一樣,每個種群都占據了一定的空間,所以我們還可以群落具有怎樣的空間結構? Q6:一個群落不一定永遠保持這個樣子,比如退耕的農田有可能變成草原或長出喬木等,這就涉及到群落的演替。 由此可看出,研究種群是研究群落的基礎,從群落的視角出發,將群落作為一個整體進行研究,我們又會發現新的問題,獲得新的認識。 通過回顧種群水平研究的問題遷移到群落水平,培養學生發現問題分析研究對象實質的視野。
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群落中有多少種群?哪些種群占優勢? 教師展示兩幅森林群落的圖片,提問有何不同? 很明顯能夠看出兩個群落的物種組成不一樣,因此我們在認識一個群落的時候,首先就是要分析該群落的物種組成。物種組成是區別不同群落的重要特征,也是決定群落性質最重要的因素。 這兩個森林群落的物種組成不同,物種的數目也不一樣。我們把一個群落中的物種數目,稱為物種豐富度。科學家研究了我國從東北到海南的森林群落,發現越靠近熱帶地區,單位面積內的物種越豐富。 在群落中,有些物種不僅數量很多,它們對群落中其他物種的影響也很大,往往占據優勢,我們將其稱為優勢種,比如森林群落中的楓樹;但是在森林群落中芒箕也有大量分布,但是它對于其他物種沒什么影響,我們把這種數量較多,但是影響不大的稱為常見種。 在我國東北部的某草原上有羊草、羽茅、糙隱子草、麻花頭等,為了研究放牧強度與草原植物多樣性的關系,研究將草原劃分為不同區域進行研究,兩年后的結果如表所示: 1.分析資料,一個群落的優勢種和物種豐富度是固定不變的嗎?——不是,隨著時間和環境的變化,原來不占優勢的物種可能逐漸變得有優勢,原來占優勢的物種也可能逐漸失去優勢。 2.哪種強度的放牧更有利于增加草原的物種豐富度?為什么?——輕度放牧強度下,物種豐富度最高。適度放牧可避免一種或少數幾種牧草在草原生態系統中占絕對優勢的局面,為其他物種的成長騰出空間。 3.這給畜牧業生產有什么啟示?——控制放牧強度對于維持草原群落穩定、實現可持續發展非常重要。 圖片、生活經驗激發學生的學習興趣。
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群落中各個種群之間的相互關系是怎樣的? 一個群落不管它的豐富度高還是低,都不是隨機的簡單集合,而是通過復雜的種間關系,形成一個有機的整體。教師展示雙核小草履蟲和大草履蟲以及猞猁雪兔的圖片,提問你還記得它們之間的關系嗎?——種間競爭和捕食。 這些不同種群之間的相互關系我們稱為種間關系,種間關系除了種間競爭和捕食以外,還有原始合作(互惠)、互利共生、寄生等。我們一一進行學習。 (一)原始合作 稻田為河蟹提供遮蔽活動空間和豐富的天然餌料,河蟹為稻田中耕松土、除蟲、除草,且它們在田間的活動能促進水稻充分吸收養料。像水稻和河蟹之間這種關系我們稱為原始合作,也稱為互惠。 原始合作指的是兩種生物共同生活在一起時,雙方都受益,但分開后,各自也能獨立生活。這種關系沒有發展到“相互依存”。 除此以外,比如海葵和寄居蟹也屬于原始合作的關系,海葵固著于寄居蟹的螺殼上,寄居蟹的活動,可以使海葵更有效地捕食;海葵則用有毒的刺細胞為寄居蟹提供保護。 互利共生 豆科植物與根瘤菌之間:豆科植物可以向根瘤菌提供有機養料,根瘤菌則將空氣中的氮氣轉變為含氮的養料,供植物利用。 由此可看出豆科植物和根瘤菌之間是一種相互依存的關系,我們把這種關系稱為互利共生,指的是:兩種生物長期共同生活在一起,相互依存,彼此有利。 除此以外,地衣也是互利共生的實例,它是真菌和藻類的共生體,通常也是發生在裸地上的演替最早出現的先鋒生物;同時地衣對環境污染特別敏感,可以作為環境污染指示劑。真菌可以為藻類提供提供水、CO2、無機鹽,而藻類可以通過光合作用為真菌提供有機養料。 捕食 捕食指的是一種生物以另一種生物為食的現象。比如獅子捕食斑馬、羊吃草等,一般來說,螳螂在交配完以后,母螳螂會由于體力不支吃掉公螳螂,這屬于捕食關系嗎?——不滿足不同物種的概念特點,這是同一物種之間的關系。 寄生 寄生指的是一種生物從另一種(宿主)的體液、組織或已消化的物質中獲取營養并通常對宿主產生危害的現象。寄主受害,寄生者受益,分開對寄生者不利。寄生包括體內寄生和體表寄生。 (五)種間競爭 指的是兩種或更多種生物共同利用同樣的有限資源和空間而產生的相互排斥的現象。 高斯在用雙小核草履蟲、大草履蟲的基礎上,還研究了帶狀草履蟲,發現單獨培養時三者都是呈S型增長,其中雙小核草履蟲和大草履蟲混合培養出現雙小核草履蟲死亡的現象,而雙小核草履蟲和帶狀草履蟲混合培養時二者能夠共存,只不過數量上和單獨培養時有差異。因此,種間競爭也分競爭能力相當和競爭能力懸殊兩種不同的情況。比較形象的比喻就是你死我活型。 原始合作:表示A物種和B物種存在著物質和能量流動上的關系,而且A可以給B提供,B也可以給A提供,A和B都可以單獨生存,因此表示原始合作。 B向A提供能量和物質,那就要么是捕食或者寄生了,再看一下后面的幾幅圖就可以看出應該表示體內寄生。 如果橫坐標用時間表示,縱坐標用種群的個體數量來表示,我們來分析一下不同種間關系的曲線圖是怎樣的? 【寄生一般不會導致宿主死亡】 結合剛剛所學的內容我們可以更好地回答思考討論部分的問題: 『資料1』紅尾鴝和鹟都捕食飛蟲,也常常從樹葉及樹冠末梢上啄食昆蟲。在兩種鳥共同生活的地區,紅尾鴝喜歡在疏林和緩坡處活動,而鹟更喜歡選擇密林和陡坡。如果只有一種鳥存在,那么無論紅尾鴝還是鹟,它們覓食生境的范圍都比共存時的更大。 1.紅尾鴝和鹟的種間競爭對兩個種群的分布有什么影響?—— 紅尾鴝和鹟的食性比較相似,種間競爭導致兩個種群的分布范圍縮小,甚至錯開。 『資料2』某地海邊潮間帶分布著海星、藤壺、貽貝、帽貝、石鱉等動物,海星可以捕食該種群中的其他四種動物,其他四種動物之間無捕食關系。在一個16m2的實驗樣地中,人為去除該地區的所有海星,幾個月后,藤壺在該實驗樣地中占據優勢,數量最多;再多一段時間,貽貝成為最終占優勢的物種。 2.資料2說明捕食、種間競爭在群落中是怎樣相互聯系的?——捕食會影響自然群落中不同物種之間的種間競爭的強弱,進而調節物種的種群密度。 3.除了種間關系,還有哪些影響群落的因素呢?——影響群落的因素有自然因素和人為因素。自然因素有生物因素和非生物因素。除種間關系外,生物因素還有種內競爭等;非生物因素主要有光照、溫度、水、無機鹽等。 不管是細胞層面還是系統層面,生命系統的各層次都是各種成分相互聯系相互作用的,從該角度分析群落中的成分學生便可思考各成分之間的相互作用即種間關系。 呈現考試中對種間關系常見的考查形式,達到講練結合,促進吸收。 結合教材中思考討論給出的材料和問題可以加深學生對各種間關系的理解。
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群落具有怎樣的空間結構? 在一個群落中,這些不同的生物種群都有各自的分布空間對吧,這就使得群落形成了一定的空間結構,群落的空間結構包括垂直結構和水平結構等。 垂直結構 垂直結構指的是在垂直方向上,大多數群落都具有明顯的分層現象。比如:森林群落中從上到下分別有喬木、灌木和草本植物,這就形成了森林群落的垂直結構。湖泊群落中也存在著垂直結構,比如湖泊中我們將其分為了挺水層、浮水層和沉水層等。 決定植物地上分層的主要因素是光照,除此以外還有溫度等,決定植物地下分層的環境因素則是水分、無機鹽等。 群落中植物的分層也為動物分層提供了條件,比如森林中也有許多鳥類,雖然這些鳥類可以大多可以同時利用幾個不同的層次,但是每一種鳥都有一個自己經常活動的層次,比如林冠層棲息黃鸝等,中層棲息著啄木鳥,林下層則棲息著畫眉等,對于動物來說形成垂直結構的原因主要是食物和棲息空間的不同。 思考:1.竹林中竹子高低錯落有致,是群落在垂直結構上的分層現象嗎 ——一片竹林中的全部竹子是一個種群,體現的是同種生物高度的不一致。種群不具有垂直結構。 水平結構 水平結構群落的結構特征不僅表現在垂直方向上,也表現在水平方向上。例如,某草地在水平方向上,由于地形的變化、土壤濕度和鹽堿度的差異、光照強度的不同、生物自身生長特點的不同,以及人與動物的影響等因素,不同地段往往分布著不同的種群,同一地段上種群密度也有差別,它們常呈鑲嵌分布。 比如: 蘆葦等水生植物只能長在淺水或水邊,紅樹、柳樹等只能長在水源附近,松、杉、柏樹等能長在比較干旱處;由以上描述體現出的影響水平結構的因素為土壤濕度。 森林中,在喬木的基部和其他被樹冠遮住的地方,光線較暗,適于苔蘚植物生存,而樹冠下的間隙或其他光照較充足的地方,則有較多的灌木和草叢,由以上描述體現出的影響水平結構的因素為光照強度。 結合圖片和生活經驗引導學生分析群落的空間結構。
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群落的季節性和生態位指的是什么? 由于陽光、溫度和水分等隨季節而變化,群落的外貌結構也會隨之發生有規律的變化。這就是群落的季節性。 比如:有些種類的植物在早春來臨時開始萌發,并迅速開花和結實,到了夏季其生活周期結束;另一些種類的植物則在夏季達到生命活動的高峰,從而導致群落在春季和夏季的物種組成和空間結構發生改變。大多數典型的草原鳥類和高鼻羚羊等有蹄類動物,在冬季都會前往南方,到雪被較少、食物充足的地區生活。旱獺、倉鼠等嚙齒類動物在冬季會冬眠,有些動物則在炎熱的夏季進入夏眠。 結合前面所學的內容,我們知道在群落中不同物種各自生活在一定的空間范圍內,利用特定的資源,有的甚至只在特定時間段出現,比如蝙蝠只在夜間活動,它們在群落中所起的作用以及與其他物種的關系也有差別。由此可見,每個物種都有自己在群落中的地位或作用。 我們把一個物種在群落中的地位或作用,包括該物種所處的空間位置,占用資源的情況,以及與其他物種的關系等。稱為生態位。 一般來說,研究動物的生態位,通常研究該動物的棲息地、食物、天敵、與其他物種的關系等。 研究植物的生態位:該植物在研究區域內的出現頻率、種群密度、植株高度等特征、與其他物種的關系等。 我們通過具體的資料來分析生態位的內涵: 資料:崇明東灘鳥類國家級自然保護區位于長江入海口,是重要的水鳥越冬區,每年有數萬只水鳥于10月至次年2月在崇明東灘越冬。某研究團隊以4種占優勢的水鳥為研究對象,調查了它們的種群數量、在不同覓食生境出現的概率、主要的食物種類等,結果如下表所示。 這4種鳥選擇覓食生境的策略有哪些異同?哪一種鳥覓食生境的范圍更寬? ——①綠翅鴨和鶴鷸選擇覓食生境的策略基本相同,兩者均選擇生境1和生境3,并以生境1為主, ②綠頭鴨主要選擇生境1; ③青腳鷸在3個生境中都出現,在生境3出現的概率高于前兩處。 2.如果兩種鳥的覓食生境一樣,生態位就完全一樣嗎?——不一定,綠翅鴨和鶴鷸選擇的覓食生境基本相同,但是食物種類有較大差異,占用的資源以及與其他物種的關系也不一樣。 3.任選一種鳥,分析它的食性。從覓食的角度,與它有競爭關系的鳥類有哪些? ——以綠翅鴨為例,綠翅鴨以小堅果為主要食物,還吃莖類、螺類、貝類等, 與綠頭鴨也是,二者存在明顯的種間競爭關系; 綠翅鴨與鶴鷸、青腳鷸也有種間競爭關系,因為它們都捕食螺類,綠翅鴨與鶴鷸都吃貝類。 4.任選一種鳥,從覓食生境、種間關系等多個方面綜合描述這種鳥類的生態位。 ——青腳鷸。覓食生境:低潮鹽沼—光灘帶、海三棱藨草帶、海堤內魚塘—蘆葦區 食物:草屑、螺類、甲殼類 種間關系:與鶴鷸存在明顯的種間競爭、與綠翅鴨、綠頭鴨存在種間競爭 基于以上,群落中每種生物都占據著相對穩定的生態位,這有利于不同生物充分利用環境資源,是群落中物種之間及生物與環境間協同進化的結果。 生態位的應用其實早在我國明代就已經開始被運用,比如書本上28頁與社會的聯系中的的四大家魚混養,其實就是利用了他們在池塘中占據著不同的生態位。青魚棲息在水體的中下層,靠近下層,以水底的螺、蚌及水生昆蟲等為食;草魚棲息在水體的中下層或水草多的地方,主要以水草為食;鳙魚又叫胖頭魚,生活在水體的中上層,主要以浮游動物為食,也食用部分浮游植物;鰱魚主要以浮游植物為食,生活在水體的上層。 『思維訓練』溯因推理 某湖泊中生活著鱸魚和短吻鱷,短吻鱷會捕食鱸魚,而鱸魚又是人們喜愛的美味。當地居民為了提高這種鱸魚的產量而大量捕殺短吻鱷。在短吻鱷被捕殺幾乎絕跡之后,鱸魚的產量卻沒有增加。調查表明湖中鱸魚的種群數量竟然比原來還下降了。追溯原因,有人提出了以下可能: A. 氣候變化造成鱸魚的食物短缺; B. 短吻鱷捕食的另一種魚以鱸魚為食; C. 捕殺短吻鱷前鱸魚的種群已經衰退; D. 人類主要捕撈鱸魚幼齡魚造成種群衰退。 以上四種解釋都有道理嗎。你認為哪種是最可能的原因?作出推測后,應該怎樣進一步判別? 【提示】該題提出的四種解釋,都有一定道理。鱸魚種群數量下降可能是多種因素共同作用的結果,但僅根據所給信息判斷,B說法是最可能的原因。這是因為,湖泊中一般生活有多種生物、各個種群之間存在復雜的種間關系和相互作用,短吻鱷是頂級捕食者,捕食多種魚類和其他動物,鱸魚則以小魚、蝦、貝類浮游動物等為食。當短吻鱷幾近消失時,被它捕食的動物數量可能會增長,進而影響原本比較穩定的落結構,最終影響鱸魚的種群數量。 作出推測后,應深人調查該湖泊中的物種組成及其相互關系。尤其是與短吻鱷、鱸魚存在緊密聯系的物種,看看它們的種群數量發生了哪些變化,從而作出進一步的判別。要判斷A、B、D的解釋是否合理,也需要做更多調查。例如,調查湖泊所在地是否發生了氣候變化,氣候變化對湖泊中的生物帶來了哪些影響,人類對鱸魚的捕撈情況是怎樣的,等等。 放大研究視角會發現群落也有一定的規律性,培養學生看待問題要放寬視角。 通過具體數據引導學生分析生態位的含義。 培養學生分析問題的思維能力,主要培養學生能夠結合給出的結果和現象進行原因推理。
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研究土壤中小動物類群的豐富度 我們以調查土壤中小動物的物種豐富度為例嘗試理解并掌握調查研究群落中物種豐富度的簡要方法。 我們都知道土壤中有許多小動物,大部分土壤小動物營腐生生活,對動植物遺體的分解起著重要的輔助作用。并且具趨濕、避光、避高溫的習性。 許多土壤動物有較強的活動能力,而且身體微小。因此不適于用樣方法和標記重捕法調查。而且本實驗的研究對象和調查種群密度又不太一樣,種群密度只是針對一種生物的數量進行調查對吧,而現在我們是要調查土壤中有多少種小動物,即調查小動物類群的豐富度,因此需要用另一種方法。 同樣地,我們不可能把土壤全部翻出來進行調查,只能通過取樣調查的方法進行。我們此時可以用取樣器取樣法進行調查。取樣器取樣法通俗來講就是即用捕捉器(采集罐、吸蟲器)進行取樣,通過調查樣本中小動物種類和數量來推測某一區域內土壤動物的豐富度。 我們一起來看一下具體的實驗操作應該怎么做吧: 準備:制作取樣器,我們一般用易拉罐切除上面一部分就是一個簡單的取樣器,同時記錄一下調查環境的情況; 取樣:取樣的方法就是取樣器取樣法,但要注意的是在取樣的時候要把土壤表層的落葉輕輕撥開,然后把易拉罐旋進土壤; 采集小動物:現在土壤樣品已經取出來了對吧,那么我們要調查的土壤小動物就在這堆土壤里面,我們現在要做的就是把小動物采集出來,采集小動物有兩種方法:一種是誘蟲器采集法,展示誘蟲器的示意圖,該方法主要利用土壤小動物避光(趨暗)、避高溫和趨濕的特點。在去底的花盆中放一個金屬網,將取到的土壤樣品放置在金屬網上。為了使空氣流通,土壤和花盆壁之間留出一定的空隙,然后將花盆放在誘蟲器上,打開電燈,由于土壤小動物具有避光即趨黑暗,避高溫和趨濕的特點,這些小動物全都往下面跑,就會漏到下面的酒精中,酒精的作用就是將土壤動物殺死固定,防止腐爛。 除此以外,我們還可以用簡易采集法,就是直接將土壤倒出來用解剖針找到小動物給它抓出來放進酒精中,體型較小的則可以用吸蟲器采集。 觀察和分類:此時我們已經將所有的土壤小動物分離采集出來,由于不止一兩種,那就需要觀察分類便于后面的統計,有的小動物可能肉眼不好觀察還需要借助放大鏡或者體視顯微鏡。 統計和分析:最后一步就是統計有豐富度了,豐富度的統計方法有兩種,一種是記名計算法,如果小動物的個體較大,種群數量有限的物種,我們可以直接一個個去數,還有一種是目測估計法,如果這種小動物體積較小,數量又比較多,我們直接目測估計即可,然后用非常多、多、較多、較少、很少等進行表示。 由于教學時間和條件的有限,通過播放視頻加深學生對該實驗的理解。

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